CN117058653A - 一种基于道路交通标线的街景影像拓扑关系构建方法 - Google Patents

一种基于道路交通标线的街景影像拓扑关系构建方法 Download PDF

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CN117058653A CN202311010161.4A CN202311010161A CN117058653A CN 117058653 A CN117058653 A CN 117058653A CN 202311010161 A CN202311010161 A CN 202311010161A CN 117058653 A CN117058653 A CN 117058653A
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刘一宁
郭功举
岳照溪
李小雨
徐豆豆
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Abstract

本发明涉及一种基于道路交通标线的街景影像拓扑关系构建方法，本发明从街景影像文件中获取街景轨迹；利用道路交通标线类要素，将采集的街景轨迹划分为路口和路段；对各路段利用停止线筛选出一条路段轨迹线，对各路口甄选出路口驶入、驶出轨迹点；基于路口驶入、驶出轨迹点，建立轨迹点之间的跳转关系；将轨迹点对应的街景影像按照格网进行重新组织；设置街景影像拓扑关系表，并生成路段处街景影像拓扑关系与路口处街景影像拓扑关系。本发明利用道路交通标线类要素，将街景轨迹划分为路口和路段分别处理，更加高效和合理；通过对路口内轨迹点的甄选和拓扑关系构建，建立不同轨迹线的交叉关系，在浏览全景时与实际街路况体验感一致。

Description

一种基于道路交通标线的街景影像拓扑关系构建方法
技术领域
本发明涉及街景影像数据处理技术领域，尤其是涉及一种面向街景前端浏览展示的路口街景影像拓扑关系构建方法。
背景技术
随着智慧城市发展，城市管理逐渐精细化立体化，需要更立体、更真实的三维数据支撑。360°街景浏览展示系统可以形象、生动和真实地表示城市和区域的自然和人文现象，提供一种全新的城市三维信息展示和服务模式。目前，国内外已推出一系列街景地图，广泛应用于智慧城市地理信息公共服务。但是，随着使用车载移动测量系统进行街景数据采集越来越便利，街景数据量逐渐庞大，如何对采集的街景影像数据进行处理使其更好的实现服务推广和网络展示成为需要解决的问题。
街景影像是通过移动测量车分车次按照预先设置的轨迹线进行采集的，不同车次采集到的街景影像，其轨迹线叠加后如何处理十字路口、T形路口等特殊位置的拓扑连通关系，目前相关的研究还比较少，从而使得在街景数据采集后，不能获取不同轨迹线的交叉关系，无法实现在浏览全景时与实际街路况一致的体验感。此外，以前端展示为目标如何对多次采集的轨迹线进行甄选也是需要考虑的问题。
中国专利CN201910877727.0公开了一种地图拓扑自动构建方法，利用轨迹点的朝向，计算一定区域内驾驶行为的复杂度，基于复杂度进行路口检测识别；根据路口信息利用轨迹线的贯穿信息，将轨迹线的首尾点信息作为虚拟路口，对虚拟路口进行聚类获得路口之间的连通关系。该专利基于轨迹点朝向的路口检测的方案需要计算轨迹点全程的朝向，计算量较大；并且对诸如山路等需频繁改变驾驶朝向的路段，基于轨迹点朝向计算一定区域内驾驶行为复杂度的路口判断方案也容易产生误判。
中国专利申请CN201910476143.2公开了一种车道地图构建方法，其根据所述车道停止线及其延长线将所述道路面分割为路口面和车道面；确定单车道面的中心位置，并在中心位置沿着单车道面的通行方向生成单车道面的车道参考线；根据所述车道参考线的方向、车道参考线的端点以及所述车道参考线与所述路口面的交接点，构建所述车道参考线的拓扑关系。该方案对于规则路口识别效果较好，但对于稍微复杂一些的不规则路口(如位于高架道路下的路口、转弯弧度较大的路口)识别效果较差；并且构建拓扑关系时，进入路口面的车道参考线未考虑左转专用道、右转专用道等实际情况，会影响车辆通过路口面时路线的准确性。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于道路交通标线的街景影像拓扑关系构建方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于道路交通标线的街景影像拓扑关系构建方法，包括以下步骤：
从街景影像参数文件中获取街景影像的平面坐标信息并空间化为轨迹点，对轨迹点进行清洗并生成轨迹线；
采集的人行横道线和道路面数据，并与生成的轨迹线进行空间运算，将轨迹线划分为路口轨迹线和路段轨迹线；
对划分出的所有路段轨迹线，利用停止线要素筛选同一路段同向车道多次采集的轨迹线，并保留其中的一条；
基于划分出的路口轨迹线，对所有路口甄选出路口驶入、驶出轨迹点；
基于甄选出的路口驶入、驶出轨迹点，确定每一个轨迹点能够跳转到的轨迹点，建立轨迹点之间的跳转关系；
将建立跳转关系后的轨迹点对应的街景影像按照格网进行重新组织和重新命名，获得各街景影像唯一的ID；
设计街景影像拓扑关系表，包括三个字段：当前影像ID、关联影像ID、角度；
按照街景影像拓扑关系表，进行路段处街景影像拓扑关系生成和存储；并按照街景影像拓扑关系表以及路口内轨迹点跳转关系，进行路口处街景影像拓扑关系生成和存储。
进一步的，所述生成轨迹线的具体过程如下：
按照采集顺序逆序遍历所有街景影像轨迹点；设置距离阈值，若某个轨迹点距离其前一个采集的轨迹点在阈值范围内，则剔除该轨迹点；
对清洗后的轨迹点，根据单次采集时影像曝光顺序连接为轨迹线，每个采集车次对应一根轨迹线。
进一步的，所述将轨迹线划分为路口轨迹线和路段轨迹线的具体过程如下：
采集人行横道边界形成的闭合线作为人行横道线要素，对每个人行横道线要素生成外接矩形，提取外接矩形长边同向的中心线作为人行横道线中心线；
使用提取的人行横道线中心线对与中心线相交的轨迹线进行打断操作；
筛选道路面数据中的道路交叉口面，将打断后的轨迹线与交叉口面进行线在面内的空间运算，并将位于道路交叉口面内的轨迹线作为路口轨迹线；
除路口轨迹线以外的其他轨迹线作为路段轨迹线。
进一步的，所述利用停止线要素筛选同一路段同向车道多次采集的轨迹线的具体过程如下：
将停止线要素与轨迹线要素进行线相交操作，筛选出与某一条停止线相交的所有路段轨迹线，将筛选出的轨迹线作为同一路段同向车道多次采集的轨迹线；
对同路段同向车道的轨迹线按照采集时间保留最新的一条，其余轨迹线不再保留。
进一步的，所述对所有路口甄选出路口驶入、驶出轨迹点的具体过程如下：
针对当前待处理路口，确定所有关联路段；
将关联路段上驶入待处理路口的轨迹线定义为驶入轨迹线，关联路段上驶出待处理路口的轨迹线定义为驶出轨迹线；
遍历待处理路口每一条驶入轨迹线，选择路口轨迹线中与驶入轨迹线连通的一条路口轨迹线，将该路口轨迹线上进入路口区域后的第一个轨迹点作为该关联路段在路口内的驶入轨迹点；
遍历待处理路口每一条驶出轨迹线，选择路口轨迹线中与驶出轨迹线连通的一条路口轨迹线，将该路口轨迹线上驶出路口区域的最后一个轨迹点作为该关联路段在路口内的驶出轨迹点；
除了确定的驶入、驶出轨迹点外，路口内不再保留其他轨迹点。
进一步的，所述建立轨迹点之间的跳转关系的具体过程如下：
对路口内的每一个轨迹点确定一个参考点作为该轨迹点对应的路段轨迹线在人行横道线内的端点；
对某一个参考点而言，其可跳转方向为其他各个关联路段的参考点中距离较近的一个；
将参考点之间的跳转关系映射到其相对应的轨迹点上成轨迹点之间的跳转关系。
进一步的，所述获得各街景影像ID的具体过程如下：
由路口保留的轨迹点以及构成路段轨迹线的所有轨迹点共同形成街景轨迹点集合；
对街景轨迹点与格网面进行空间运算，将落入某一个格网面中的街景影像按照原编号顺序排列；
给每一张街景影像重新添加规范化的顺序编码，并将重新添加的顺序编码与格网编码合并，作为该街景影像的ID。
进一步的，所述街景影像拓扑关系表具体表示如下：
若当前影像处于路段中间，则该影像关联影像ID为其前一张、后一张影像的ID；若当前影像处于路口，则该影像关联影像根据路口处跳转关系确定并存储；所述角度为关联影像与当前影像连接线与北方向的夹角。
进一步的，所述方法还对街景影像拓扑关系表中每一条记录进行关联街景影像间的角度计算的具体过程如下：
若该条记录对应的两个街景影像轨迹点非驶入轨迹点和驶出轨迹点，计算两个街景影像轨迹点之间角度；
若该条记录对应的当前街景影像轨迹点为路口内驶入轨迹点，关联影像为待跳转的路口内驶入或驶出轨迹点，则进行示意性方向的计算：
选择关联路段一定距离内轨迹线作为行驶趋势线，进行示意性方向的计算；获取待跳转的轨迹点对应的路段轨迹线，截取该轨迹线前段设定距离的线段，生成该线段的外接矩形；
提取外接矩形骨架中心线，计算骨架中心线起点坐标和终点坐标之间角度，得到示意性方向并进行存储。
进一步的，所述坐标之间角度计算公式为：
y＝sin(xp2-xp1)×cosyp2
x＝cosyp1×sinyp2-sinyp1×cosyp2×cos(xp2-xp1)
A＝tan-1(y÷x)
式中，(xp1，yp1)与(xp2，yp2)分别为待计算两点的坐标。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明利用道路全息测绘中更加精细的道路交通标线类要素，将三维扫描车采集的街景轨迹划分为路口和路段两部分分别处理，更加高效和合理；
2)通过对路口内轨迹点的甄选和拓扑关系构建，建立不同轨迹线的交叉关系，实现在浏览全景时与实际街路况一致的体验感；
3)在计算路口内跳转轨迹点之间的行驶方向时使用示意性方向，避免跳转后因轨迹点本身行驶方向差异大导致浏览眩晕的情况，提供更好的用户视觉观感。
附图说明
图1为本发明实施例的总体流程图；
图2为本发明实施例的路口路段轨迹线划分示意图；
图3为本发明实施例的路段处轨迹线筛选示意图；
图4为本发明实施例的路口处轨迹点筛选和跳转关系构建示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本发明充分利用道路全息测绘成果，提取其中的人行横道线、停止线、车道线等道路交通标线，通过道路交通标线与街景影像轨迹线的空间运算，划分路段街景和路口街景，并分别针对路段街景和路口街景的轨迹特点设计相应的处理方法，对多次采集的重复路段街景进行甄选，在路口关键轨迹点位之间建立关联跳转关系，形成一种街景影像数据拓扑关系的构建方法。
本发明所提供一种基于道路交通标线的街景影像拓扑关系构建方法具体流程如图1所示，包括以下步骤：
步骤1，从街景影像参数文件中获取每张街景影像的平面坐标信息，空间化为轨迹点，进行轨迹点清洗和轨迹线生成；
步骤1.1，按照采集顺序逆序遍历所有街景影像轨迹点，设置距离阈值(取移动测量车采集时曝光距离的1/5)，若某个轨迹点距离其前一个采集的轨迹点在阈值范围内，则在前端展示数据集中剔除该轨迹点，此步骤旨在消除因路口等待红绿灯等原因造成的短距离内采集车密集曝光情况；
步骤1.2，对清洗后的轨迹点，根据单次采集时影像曝光顺序连接为轨迹线，每个采集车次对应一根轨迹线；
步骤2，如图2所示，利用智能化全息测绘采集的人行横道线和道路面数据，与轨迹线进行空间运算，将轨迹线划分为路口轨迹线和路段轨迹线；
步骤2.1，人行横道线要素采集人行横道边界形成闭合线，对每个人行横道线要素生成外接矩形，提取外接矩形与其长边同向的中心线；
步骤2.2，使用提取的人行横道线中心线对与其相交的轨迹线进行打断操作；
步骤2.3，将道路面数据中的道路交叉口面筛选出来，将打断后的轨迹线与交叉口面进行“线在面内”的空间运算，位于道路交叉口面内的轨迹线为路口轨迹线；
步骤2.4，除路口轨迹线以外的其他轨迹线为路段轨迹线；
步骤3，针对步骤2中划分出的所有路段轨迹线，利用智能化全息测绘采集的停止线要素(停止线为车辆等待通行信号的停车定位线)筛选出同一路段同向车道多次采集的轨迹线，保留采集时间最新的一条；
步骤3.1，将停止线要素与轨迹线要素进行“线相交”操作，筛选出与某一条停止线相交的所有路段轨迹线，这些轨迹线为同一路段同向车道多次采集的轨迹线；
步骤3.2，如图3所示，对同路段同向车道的轨迹线按照采集时间保留最新的一条，其余轨迹线不再保留；
步骤4，针对步骤2中划分出的路口轨迹线，选择任意一个路口作为当前处理路口，进行路口轨迹点的甄选，直至所有路口处理完毕；
步骤4.1，针对当前待处理路口，确定其所有关联路段，如十字路口有四个关联路段，丁字路口有三个关联路段；
步骤4.2，将关联路段上驶入待处理路口的轨迹线定义为驶入轨迹线，关联路段上驶出待处理路口的轨迹线定义为驶出轨迹线。经过步骤3，每一条关联路段有一条驶入轨迹线，一条驶出轨迹线；
步骤4.3，遍历该路口每一条驶入轨迹线，选择路口轨迹线中与驶入轨迹线连通的一条路口轨迹线，将该路口轨迹线上进入路口区域后的第一个轨迹点作为该关联路段在路口内的驶入轨迹点；
步骤4.4，遍历该路口每一条驶出轨迹线，选择路口轨迹线中与驶出轨迹线连通的一条路口轨迹线，将该路口轨迹线上驶出路口区域的最后一个轨迹点作为该关联路段在路口内的驶出轨迹点；
步骤4.5，除了4.3和4.4步确定的驶入、驶出轨迹点外，路口内不再保留其他轨迹点；
步骤5，针对路口内保留的轨迹点，遍历每一个轨迹点，确定其可以跳转到的其他轨迹点，建立轨迹点之间的跳转关系，如图4所示；
步骤5.1，首先给路口内的每一个轨迹点确定一个参考点，为该轨迹点对应的路段轨迹线在人行横道线内的端点；
步骤5.2，对某一个参考点而言，其可跳转方向为其他各个路段的两个参考点中距离较近的一个；
步骤5.3，将参考点之间的跳转关系映射到其相对应的轨迹点上，即可形成轨迹点之间的跳转关系；
步骤6，将处理后的轨迹点对应的街景影像按照格网进行重新组织和重新命名，保证街景影像的ID唯一；
步骤6.1，经过前述处理，路口保留的轨迹点以及构成路段轨迹线的所有轨迹点，共同形成前端展示街景轨迹点集合；
步骤6.2，街景轨迹点与格网面进行空间运算，将落入某一个格网面中的街景影像按照原编号顺序排列；
步骤6,3，给每一张街景影像重新添加顺序号，并将其规范化为七位顺序码；
步骤6.4，将新编的七位顺序码与格网编码合并形成“格网编号_七位顺序编码”，作为该街景影像的新ID；
步骤7，设计街景影像拓扑关系表，如表1所示包括三个字段：当前影像ID、关联影像ID、角度。若当前影像处于路段中间，其关联影像ID为其前一张、后一张影像的ID；若当前影像处于路口，其关联影像可能有多张，需要根据路口处跳转关系的构建进行确定并存储；角度为关联影像与当前影像连接线与北方向的夹角。
表1本发明实施例的街景影像拓扑关系结构存储表结构
序号 字段名称 字段类型 字段描述
1 当前影像ID character varying(50) 影像ID
2 关联影像ID character varying(50) 与当前影像关联的影像ID
3 角度 numeric 关联影像与当前影像连接线与北方向的夹角
步骤8，按照步骤7设计的街景影像拓扑关系表，进行路段处街景影像拓扑关系生成和存储；
步骤9，按照步骤7设计的街景影像拓扑关系表，以及步骤5中建立的路口内轨迹点跳转关系，进行路口处街景影像拓扑关系生成和存储；
步骤10，对街景影像拓扑关系表中每一条记录进行关联街景影像间的角度计算；
步骤10.1，若该条记录对应的两个街景影像轨迹点非驶入轨迹点和驶出轨迹点，角度计算公式如下：
y＝sin(xp2-xp1)×cosyp2式10-1
x＝cosyp1×sinyp2-sinyp1×cosyp2×cos(xp2-xp1)式10-2
A＝tan-1(y÷x)式10-3
式中(xp1，yp1)为当前影像的轨迹点坐标，(xp2，yp2)为关联街景影像的轨迹点坐标。
步骤10.2，若该条记录对应的当前街景影像轨迹点为路口内驶入轨迹点，关联影像为待跳转的路口内驶入或驶出轨迹点，则进行示意性方向的计算；
步骤11，选择关联路段一定距离内轨迹线作为行驶趋势线，进行示意性方向的计算；
步骤11.1，获取待跳转的轨迹点对应的路段轨迹线，截取该轨迹线前段50米距离的线段，生成该线段的外接矩形，,
步骤11.2，提取外接矩形骨架中心线，将该骨架中心线起点坐标和终点坐标带入步骤10.1中的角度计算公式，计算得到示意性方向并进行存储；
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于道路交通标线的街景影像拓扑关系构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
从街景影像参数文件中获取街景影像的平面坐标信息并空间化为轨迹点，对轨迹点进行清洗并生成轨迹线；
采集的人行横道线和道路面数据，并与生成的轨迹线进行空间运算，将轨迹线划分为路口轨迹线和路段轨迹线；
对划分出的所有路段轨迹线，利用停止线要素筛选同一路段同向车道多次采集的轨迹线，并保留其中的一条；
基于划分出的路口轨迹线，对所有路口甄选出路口驶入、驶出轨迹点；
基于甄选出的路口驶入、驶出轨迹点，确定每一个轨迹点能够跳转到的轨迹点，建立轨迹点之间的跳转关系；
将建立跳转关系后的轨迹点对应的街景影像按照格网进行重新组织和重新命名，获得各街景影像唯一的ID；
设计街景影像拓扑关系表，包括三个字段：当前影像ID、关联影像ID、角度；
按照街景影像拓扑关系表，进行路段处街景影像拓扑关系生成和存储；并按照街景影像拓扑关系表以及路口内轨迹点跳转关系，进行路口处街景影像拓扑关系生成和存储。
2.根据权利要求1所述的一种基于道路交通标线的街景影像拓扑关系构建方法，其特征在于，所述生成轨迹线的具体过程如下：
按照采集顺序逆序遍历所有街景影像轨迹点；设置距离阈值，若某个轨迹点距离其前一个采集的轨迹点在阈值范围内，则剔除该轨迹点；
对清洗后的轨迹点，根据单次采集时影像曝光顺序连接为轨迹线，每个采集车次对应一根轨迹线。
3.根据权利要求1所述的一种基于道路交通标线的街景影像拓扑关系构建方法，其特征在于，所述将轨迹线划分为路口轨迹线和路段轨迹线的具体过程如下：
采集人行横道边界形成的闭合线作为人行横道线要素，对每个人行横道线要素生成外接矩形，提取外接矩形长边同向的中心线作为人行横道线中心线；
使用提取的人行横道线中心线对与中心线相交的轨迹线进行打断操作；
筛选道路面数据中的道路交叉口面，将打断后的轨迹线与交叉口面进行线在面内的空间运算，并将位于道路交叉口面内的轨迹线作为路口轨迹线；
除路口轨迹线以外的其他轨迹线作为路段轨迹线。
4.根据权利要求1所述的一种基于道路交通标线的街景影像拓扑关系构建方法，其特征在于，所述利用停止线要素筛选同一路段同向车道多次采集的轨迹线的具体过程如下：
将停止线要素与轨迹线要素进行线相交操作，筛选出与某一条停止线相交的所有路段轨迹线，将筛选出的轨迹线作为同一路段同向车道多次采集的轨迹线；
对同路段同向车道的轨迹线按照采集时间保留最新的一条，其余轨迹线不再保留。
5.根据权利要求1所述的一种基于道路交通标线的街景影像拓扑关系构建方法，其特征在于，所述对所有路口甄选出路口驶入、驶出轨迹点的具体过程如下：
针对当前待处理路口，确定所有关联路段；
将关联路段上驶入待处理路口的轨迹线定义为驶入轨迹线，关联路段上驶出待处理路口的轨迹线定义为驶出轨迹线；
遍历待处理路口每一条驶入轨迹线，选择路口轨迹线中与驶入轨迹线连通的一条路口轨迹线，将该路口轨迹线上进入路口区域后的第一个轨迹点作为该关联路段在路口内的驶入轨迹点；
遍历待处理路口每一条驶出轨迹线，选择路口轨迹线中与驶出轨迹线连通的一条路口轨迹线，将该路口轨迹线上驶出路口区域的最后一个轨迹点作为该关联路段在路口内的驶出轨迹点；
保留确定的驶入、驶出轨迹点，并删除路口内其他轨迹点。
6.根据权利要求5所述的一种基于道路交通标线的街景影像拓扑关系构建方法，其特征在于，所述建立轨迹点之间的跳转关系的具体过程如下：
对路口内的每一个轨迹点确定一个参考点作为该轨迹点对应的路段轨迹线在人行横道线内的端点；
对某一个参考点而言，其可跳转方向为其他各个关联路段的参考点中距离较近的一个；
将参考点之间的跳转关系映射到其相对应的轨迹点上成轨迹点之间的跳转关系。
7.根据权利要求1所述的一种基于道路交通标线的街景影像拓扑关系构建方法，其特征在于，所述获得各街景影像ID的具体过程如下：
由路口保留的轨迹点以及构成路段轨迹线的所有轨迹点共同形成街景轨迹点集合；
对街景轨迹点与格网面进行空间运算，将落入某一个格网面中的街景影像按照原编号顺序排列；
给每一张街景影像重新添加规范化的顺序编码，并将重新添加的顺序编码与格网编码合并，作为该街景影像的ID。
8.根据权利要求1所述的一种基于道路交通标线的街景影像拓扑关系构建方法，其特征在于，所述街景影像拓扑关系表具体表示如下：
若当前影像处于路段中间，则该影像关联影像ID为其前一张、后一张影像的ID；若当前影像处于路口，则该影像关联影像根据路口处跳转关系确定并存储；所述角度为关联影像与当前影像连接线与北方向的夹角。
9.根据权利要求1所述的一种基于道路交通标线的街景影像拓扑关系构建方法，其特征在于，所述方法还对街景影像拓扑关系表中每一条记录进行关联街景影像间的角度计算的具体过程如下：
若该条记录对应的两个街景影像轨迹点非驶入轨迹点和驶出轨迹点，计算两个街景影像轨迹点之间角度；
若该条记录对应的当前街景影像轨迹点为路口内驶入轨迹点，关联影像为待跳转的路口内驶入或驶出轨迹点，则进行示意性方向的计算：
选择关联路段一定距离内轨迹线作为行驶趋势线，进行示意性方向的计算；
获取待跳转的轨迹点对应的路段轨迹线，截取该轨迹线前段设定距离的线段，生成该线段的外接矩形；
提取外接矩形骨架中心线，计算骨架中心线起点坐标和终点坐标之间角度，得到示意性方向并进行存储。
10.根据权利要求9所述的一种基于道路交通标线的街景影像拓扑关系构建方法，其特征在于，所述坐标之间角度计算公式为：
y＝sin(xp2-xp1)×cosyp2
x＝cosyp1×sinyp2-sinyp1×cosyp2×cos(xp2-xp1)
A＝tan-1(y÷x)
式中，(xp1，yp1)与(xp2，yp2)分别为待计算两点的坐标。
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